4. Тепловые процессы при катодном распылении

4.1. Расчёт температурного режима катода-мишени

Основной элемент распылительного устройства - мишень, которая непо­средственно является катодом или крепится на поверхности катода. Учитывая существенную тепловую нагрузку на мишень в процессе ее распыления, в конструкции ионно-плазменных устройств предусматривается прямое или кос­венное охлаждение мишени. Основным недостатком косвенных методов охла­ждения является ограничение мощности, вводимой в мишень. Таким образом, тепло, выделяемое при бомбардировке, может отводиться за счет излучения, процесса теплопроводности и теплоотдачи при контакте охлаждающей жидко­сти с поверхностью мишени. Процессы передачи тепла будем считать устано­вившимися (стационарными).

В этом случае разность температур между поверхностями мишени Т_в-Т_н=const. В этом случае можно воспользоваться законом Фурье для стацио­нарной теплопроводности

Q = AtT/H, (4.1)

где Q - передаваемое количество теплоты; А - площадь основания мишени; T - разность температур между поверхностями мишени; H - толщина мишени;  - коэффициент теплопроводности материала мишени; t - продолжительность процесса распыления. Формулу (4.1) можно переписать в другом виде:

w = T/H , (4.2)

где w - плотность мощности, прикладываемой к мишени (w=Q/(At).

При контакте охлаждающей жидкости с поверхностью мишени происходит передача тепла от мишени жидкости. Для этого случая можно записать

Q =  AtТ, (4.3)где Q - передаваемое количество теплоты;  - коэффициент теплоотдачи (для текущей воды  = 350+2100Вт/(м^2K), v - скорость течения воды); А - пло­щадь основания мишени; T - разность температур мишени и подводимой воды (можно считать, что температура подводимой воды 20 ^оС, а охлаждаемого основания мишени - 100 ^оС); t - продолжительность процесса распыления. Формулу (4.3) также запишем в преобразованном виде:

w = T. (4.4)

При тепловом излучении тепловая энергия от наиболее нагретой поверхно­сти мишени передается окружающей среде. В этом случае, исходя из закона Стефана-Больцмана можно записать

w = (T_в⁴-T_с⁴), (4.5)

где  = 5,6710^-8Вт/(м^2К⁴) - постоянная Стефана-Больцмана;  - излучательная способность материала мишени; Т_с - температура окружающей среды (Т_с = 300 К).

Расчетная часть

Задание №1

Найдем время откачки предварительного вакуума

Задание №2

(Кл)

Найдем размер катодной области:

Найдем коэффициент ионизации:

Найдем коэффициент вторичной эмиссии:

Построение ВАХ разряда :

Расчет коэффициента рапыления :

- определение радиуса экранирования, сечения экранирования и нормирующего множителя энергии ионов :

- определение энергии сублимации иона и энергии максимума иона

энергия сублимации материала

- определение коэффициента, учитывающего периодические осцилляции коэффициента распыления в зависимости от расположения элемента в периодической таблице элементов Д. И. Менделеева:

- определение значения максимального коэффициента распыления

Определение скорости распыления:

Определение скорости осаждения:

Задание №3

Исходные данные для расчета температурного режима катода – мишени:

Найдем коэффициент теплоотдачи:

Найдем толщину стравливаемого слоя материала и плотность мощности, прикладываемой к мишени:

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. - М.: Радио и связь, 1986. - 232 с.

2. Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 328 с.

3. Юдин В.В. Коэффициент распыления изотропных мишеней// Электрон­ная техника. Сер. 2. 1984. Вып. 6(172). С. 3 - 16.

4. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. - М.: Высшая школа, 1988. - 255 с.

5. Розанов Л.Н. Вакуумная техника. - М.: Высшая школа, 1982.

6. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА. - М.: Выс­шая школа, 1987.

7. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Физиче­ские и технологические основы, надежность. - М.: Высшая школа, 1986.- 464 с.

8. Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии. - М.: Мир, 1985.- 496 с.

9. Чен Ф. Введение в физику плазмы. - М.: Мир, 1987. - 398 с.

10. Иванов-Есипович Н.К. Технология микросхем. - М.: Высшая школа, 1972. - 256 с.

11. Телеснин Р.В Молекулярная физика. - М.: Высшая школа, 1973. - 360 с.

12. Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер. с нем. - М.: Мир, 1982.- 520 с.

13. Основы вакуумной техники. - М.: Энергия, 1975. - 416 с.

14. Умрихин В.В., Захаров И. С. Физико- химические основы технологии электронных средств: Учебное пособие Ч.1, Ч.2/ Курск. Гос. Техн. Ун-т. Курск, 2003. 474с.